Cours MEMS

Leçon 1 • Introduction aux concepts des MEMS

Définit les MEMS, leur échelle et les domaines physiques qu'ils exploitent. Ancre tous les sujets ultérieurs de fabrication et de conception.

Leçon 2 • Matériaux utilisés dans les MEMS

Présente le silicium, les polymères, les métaux et les céramiques comme matériaux structurels et fonctionnels des MEMS. Le choix du matériau affecte directement la fabrication et les performances.

Leçon 3 • Lois d'échelle et effets physiques

Couvre la manière dont les forces physiques évoluent avec les dimensions des dispositifs et pourquoi la miniaturisation modifie les phénomènes dominants. Développe l'intuition pour les compromis de conception.

Leçon 4 • Classification des dispositifs MEMS

Passe en revue les capteurs, les actionneurs et les transducteurs comme catégories principales des MEMS. Fournit une taxonomie utilisée tout au long du cours.

Leçon 1 • Fondamentaux de la photolithographie

Enseigne le transfert de motifs du masque au substrat à l'aide de résines photosensibles. La résolution de la lithographie définit la taille minimale de motif réalisable.

Leçon 2 • Méthodes de dépôt de couches minces

Couvre les techniques de dépôt chimique et physique en phase vapeur pour la croissance de couches fonctionnelles. La qualité du dépôt détermine les propriétés électriques et mécaniques du dispositif.

Leçon 3 • Collage et empilement de plaquettes

Couvre le collage par fusion, anodique et adhésif pour la création de structures MEMS multicouches. Le collage permet d'obtenir des cavités scellées et des géométries 3D complexes.

Leçon 4 • Dopage et implantation ionique

Explique comment les dopants modifient la conductivité du silicium et créent des éléments piézorésistifs. Les profils de dopage sont essentiels pour la transduction des capteurs.

Leçon 5 • Environnement de salle blanche et sécurité

Décrit les classifications des salles blanches, le contrôle de la contamination et la manipulation sécurisée des produits chimiques. Une pratique correcte est un prérequis pour tout travail de fabrication.

Leçon 1 • Défis de collage et de libération

Aborde les défaillances d'adhésion pendant et après la libération humide des structures suspendues. Les techniques d'atténuation sont essentielles pour une fabrication à haut rendement.

Leçon 2 • Principes du micro-usinage de surface

Introduit le dépôt et l'élimination sélective de couches minces au-dessus du substrat pour construire des structures suspendues. Permet de réaliser des éléments mécaniques complexes sur des plaquettes standard.

Leçon 3 • Principes du micro-usinage de volume

Définit le micro-usinage de volume comme l'élimination sélective du matériau du substrat pour former des structures. Établit le contraste avec les approches de surface introduites ultérieurement.

Leçon 4 • Procédés combinés et à haut rapport d'aspect

Couvre les flux de procédés LIGA, HARM et hybrides qui étendent la capacité géométrique au-delà du micro-usinage standard. Les structures à haut rapport d'aspect permettent de nouvelles conceptions d'actionneurs et de capteurs.

Leçon 1 • Mécanique des poutres et des membranes

Dérive les équations de déflexion et de contrainte pour les poutres en porte-à-faux et les membranes encastrées. Ces géométries apparaissent dans la majorité des capteurs et actionneurs MEMS.

Leçon 2 • Conception de la constante de raideur et de la rigidité

Enseigne le calcul et le réglage de la rigidité mécanique pour une sensibilité et une plage souhaitées. La rigidité détermine directement la résolution du capteur et les exigences de force de l'actionneur.

Leçon 3 • Contrainte, déformation et élasticité dans les MEMS

Réexamine les fondamentaux de la mécanique des milieux continus adaptés aux structures en couches minces et à l'échelle microscopique. Fournit la base analytique pour toutes les sections de conception structurelle.

Leçon 4 • Modes de défaillance et fiabilité

Identifie les mécanismes de fatigue, de rupture et de fluage spécifiques aux matériaux à l'échelle microscopique. L'analyse de fiabilité est requise avant la qualification du dispositif.

Leçon 1 • Transduction optique et magnétique

Introduit l'interférométrie optique, les réseaux de diffraction et l'actionnement par force de Lorentz comme méthodes de transduction alternatives. Élargit la boîte à outils du concepteur pour les applications spécialisées.

Leçon 2 • Transduction piézorésistive

Explique comment la contrainte mécanique modifie la résistivité dans le silicium dopé et les films métalliques. Les capteurs piézorésistifs sont simples à interfacer et largement utilisés dans la mesure de pression et de force.

Leçon 3 • Transduction piézoélectrique

Couvre les effets piézoélectriques direct et inverse dans les films de PZT, AlN et ZnO. Les dispositifs piézoélectriques permettent la détection auto-alimentée et l'actionnement à haute fréquence.

Leçon 4 • Transduction capacitive

Dérive les relations capacité-déplacement pour les géométries à plaques parallèles et à peigne. La détection capacitive domine les MEMS inertiels et de pression en raison de sa faible consommation et de sa haute sensibilité.

Leçon 1 • Centrales inertielles

Intègre des accéléromètres et des gyroscopes dans des systèmes IMU multiaxes avec fusion de capteurs. Les IMU sont des composants centraux dans la navigation, la robotique et les dispositifs grand public.

Leçon 2 • Circuits d'interface de capteur

Connecte les sorties des capteurs MEMS aux circuits de lecture, y compris les amplificateurs de charge et les convertisseurs sigma-delta. La conception de l'interface détermine le bruit et la plage dynamique au niveau système.

Leçon 3 • Conception de capteur de pression

Dérive la déflexion de la membrane sous pression et la convertit en une sortie piézorésistive ou capacitive. Les capteurs de pression couvrent les marchés automobile, médical et industriel.

Leçon 4 • Capteurs environnementaux et chimiques

Examine les capteurs MEMS d'humidité, de gaz et de débit ainsi que leurs mécanismes de transduction. La détection environnementale est un segment en croissance rapide porté par la demande de l'IoT.

Leçon 1 • Commutateurs et résonateurs MEMS RF

Analyse les commutateurs MEMS RF capacitifs et ohmiques ainsi que les résonateurs acoustiques de volume. Les MEMS RF permettent des frontaux radiofréquences reconfigurables à faibles pertes.

Leçon 2 • MEMS optiques et micro-miroirs

Conçoit des micro-miroirs entraînés électrostatiquement et électromagnétiquement pour l'affichage et la détection. Les MEMS optiques sont essentiels dans le LiDAR, les projecteurs et les commutateurs fibrés.

Leçon 3 • Principes des actionneurs électrostatiques

Analyse les actionneurs électrostatiques à plaques parallèles et à peigne, y compris le comportement de « pull-in ». L'actionnement électrostatique est dominant dans les MEMS optiques et les commutateurs RF.

Leçon 4 • Conception d'actionneurs thermiques

Couvre les actionneurs bimorphes et à poutre coudée électrothermiques qui convertissent l'effet Joule en déplacement. Les actionneurs thermiques fournissent une force importante à basse tension.

Leçon 1 • Encapsulation sous vide et atmosphère contrôlée

Explique les matériaux getters, le scellement hermétique et le contrôle de la pression de cavité pour les dispositifs résonants. L'encapsulation sous vide est essentielle pour les MEMS inertiels et RF à haut facteur Q.

Leçon 2 • Tests électriques et fonctionnels

Définit les stratégies de test sur plaquette, au niveau de la puce et final pour les dispositifs MEMS. Des tests approfondis garantissent que les spécifications de performance sont respectées avant l'expédition.

Leçon 3 • Intégration au niveau système et co-conception

Aborde la co-conception MEMS-ASIC, l'intégration PCB et la vérification des performances au niveau système. La co-conception minimise les parasites et optimise le bruit et la puissance globaux du système.

Leçon 4 • Fondamentaux de l'encapsulation des MEMS

Couvre les approches d'encapsulation au niveau de la puce, au niveau de la plaquette et en système dans un boîtier pour les MEMS. L'encapsulation protège le dispositif et définit son interface avec le monde extérieur.